2021年第27届全国奥林匹克化学竞赛决赛理论试题WORD.pdf

第 27 届中国化学奥林匹克（决赛）理论试题2013 年 11 月 29 日 北京营员号 _ 考试须知竞赛时间4 小时，迟到超过半小时者不能进考场，开始考试后1 小时内不得离场时间到，把试卷、答题纸和草稿纸装入信封，放于桌面，听到指令后方可离开考场将营员号写在试卷首页及每页答卷指定位置，写于其他位置按废卷论处说有解答必须写于答卷指定框内，写于其他位置无效凡要求计算或推演的，须给出计算或推演过程，无计算或推演过程，即使结果正确也不得分用铅笔解答的部分（包括作图）无效禁用涂改液和修正带，否则，整个答卷无效试卷已装订成册，不得拆散允许使用非编程计算器及直尺等文具，不得携带铅笔盒和任何通讯工具入场，否则取消考试资格用黑色墨水笔或黑色圆珠笔答题不得携带任何其他纸张进入考场若另需草稿纸，可举手向监考教师索取写有与试题内容无关的任何文字的答卷均无效H 1.008 元素周期表He 4.003 Li 6.941 Be 9.012 B 10.81 C 12.01 N 14.01 O 16.00 F 19.00 Ne 20.18 Na 22.99 Mg 24.31 Al 26.98 Si 28.09 P 30.97 S 32.07 Cl 35.45 Ar 39.95 K 39.10 Ca 40.08 Sc 44.96 Ti 47.88 V 50.94 Cr 52.00 Mn 54.94 Fe 55.85 Co 58.93 Ni 58.69 Cu 63.55 Zn 65.39 Ga 69.72 Ge 72.61 As 74.92 Se 78.96 Br 79.90 Kr 83.80 Rb 85.47 Sr 87.62 Y 88.91 Zr 91.22 Nb 92.91 Mo 95.96 Tc 98 Ru 101.07 Rh 102.91 Pd 106.42 Ag 107.87 Cd 112.41 In 114.82 Sn 118.71 Sb 121.76 Te 127.60 I 126.90 Xe 131.29 Cs 132.91 Ba 137.33 La 138.91 Hf 178.49 Ta 180.95 W 183.84 Re 186.21 Os 190.23 Ir 192.22 Pt 195.08 Au 196.97 Hg 200.59 Tl 204.38 Pb 207.2 Bi 208.98 Po (209) At (210) Rn (222) Fr (223) Ra (226) Ac (227) Rf (261) Db (262) 有关常量NA = 6.0221023 mol-1R = 8.314 J? mol-1? K-1F = 9.647 104C? mol-1精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页，共 12 页 - - - - - - - - -精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页，共 12 页 - - - - - - - - -第 1 题（7 分）氮与其他元素可形成多种化合物，如二元氮化物Li3N、GaN、Ge3N4、P3N5，叠氮化物 NaN3、Ca(N3)2等。

这些氮化物在发光、安全气囊等方面有重要应用1-1 NaN3受热产生气体，写出反应方程式1-2 在二元氮化物Ga3N2、GaN 和 Ge3N4结构中，金属与氮采用四面体配位方式结合，N 原子只有一种化学环境，写出这三种氮化物中N 的配位数1-3 P3N5晶体结构中， P 的配位数为4，指出 N 有几种配位方式、配位数和不同配位方式的N 的比例1-4 Ca(N3)2中， Ca 与 N3-中两端的N 相连， Ca 的配位数为8，指出 N3-两端的 N 与几个 Ca 相连第二题（ 9 分）光合作用是自然界最重要的过程之一，其总反应一半表示为6CO2+6H2OC6H12O6+6O2实际反应分多步进行其中，水的氧化过程是一个很重要的环节，此过程在光系统II（简称 PSII）中发生，使水氧化的活性中心是含有4 个锰原子的配位簇（成为锰氧簇）初始状态的锰氧簇（S0）在光照下依次失去电子变为S1、S2、S3 和 S4，S4 氧化 H2O 生成 O2该过程简示如下：2-1 光合作用中，水的氧化是几个电子转移的过程？2-2 25，标态下，下列电极反应的电极电势分别为：a）MnO43-+4H+e- MnO2+2H2O ?= 2.90Vb）MnO2+4H+e- Mn3+2H2O ?= 0.95Vc）O2+4H+4e- 2H2O ?= 1.23V计算上述半反应在中性条件下的电极电势。

假定MnO43-和 Mn3+的浓度均为0.10molL-1，氧分压等于其在空气中的分压回答此条件下MnO43-和 MnO2能否氧化水精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页，共 12 页 - - - - - - - - -精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页，共 12 页 - - - - - - - - -2-3 在模拟锰氧簇的人工光合作用研究中，研究者注意到了如下Mn(III)/Mn(II)体系（ 25） ：d) Mn3+e- Mn2+?= 1.51Ve) 在H2P2O72-=0.40mol L-1，Mn(H2P2O7)33-=Mn(H2P2O7)22-的溶液中：Mn(H2P2O7)33-+2H+e- Mn(H2P2O7)22-+H4P2O7?= 1.15V2-3-1 计算 e）中的半反应的标准电极电势H4P2O7的酸解离常数：Ka1=1.210-1，Ka2=7.910-3，Ka3=2.010-7，Ka4=4.510-10）2-3-2 计算 Mn(H2P2O7)22-和 Mn(H2P2O7)33-的稳定常数之比。

精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页，共 12 页 - - - - - - - - -精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页，共 12 页 - - - - - - - - -第 3 题（ 13 分） X、Y、Z 均为非金属元素（X 的原子序数小于Y 的原子序数） ，三者形成多种化合物其中分子式为XYZ6的化合物被认为是潜在的储氢材料，氢的质量分数达19.6%3-1 通过计算说明X、 Y、 Z 各是说明元素3-2 下图示出 XYZ6及相关化合物的生成与转化的流程图：其中，实线箭头表示在一定条件的转化过程，虚线仅表示分子式的关联关系；由A 和 B 制备 XYZ6的过程中给出了所有的反应物和产物，而其他过程仅给出了所有的反应物及其参与反应的计量系数的比例（例如，AC，箭头上的1/2B 表示“ 2A+B ”反应，产物为C 或者 C 和其他可能的物质，计量系数比未给出）；B和 D 的结构中均含有正四面体构型的负离子基团，E、 F和 G 均为六元环结构 根据图中的关系与所述条件，写出化合物A、B、C、D、E、F、G、H 和 I 的化学式；画出D 和 G 的结构式；写出D 与 A 产生 C 的反应方程式。

精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页，共 12 页 - - - - - - - - -精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页，共 12 页 - - - - - - - - -第 4 题（ 10 分） 工业漂白剂由次氯酸钙、氢氧化钙、氯化钙和水组成，有效成分为次氯酸钙准确称取7.630g 研细试样，用蒸馏水溶解，定容于1000ml 容量瓶移取 25.00ml 该试样溶液至250ml 锥形瓶中，缓慢加入过量的KI 水溶液，以足量的1:1 乙酸水溶液酸化，以 0.1076molL-1的 Na2S2O3标准溶液滴定至终点，消耗18.54ml移取 25.00ml 试样溶液至250ml 锥形瓶中，缓慢加入过足量的3%H2O2水溶液，搅拌至不再产生气泡以 0.1008molL-1的 AgNO3标准溶液滴定至终点，消耗20.36ml移取 25.00ml 试样溶液至100ml 容量瓶中， 一蒸馏水稀释至刻度移取 25.00ml 试样溶液至250ml 锥形瓶中，以足量的3%H2O2水溶液处理至不再产生气泡。

于氨性缓冲液中以0.01988molL-1的 EDTA 标准溶液滴定至终点，消耗24.43ml4-1 计算该漂白粉中有效氯的百分含量（以Cl2计）4-2 计算总氯百分含量精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页，共 12 页 - - - - - - - - -精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页，共 12 页 - - - - - - - - -4-3 计算总钙百分含量第 5 题（7 分）稀溶液的一些性质只取决于所含溶质的分子数目而与溶质本性无关，所谓的分子的数目必须是独立运动的质点数目，此即稀溶液的依数性1912 年 McBain 在研究脂肪酸纳水溶液的时发现，与一般电解质（如NaCl）水溶液不同，脂肪酸纳体系在浓度达到一定值后，其电导率、表面张力等依数性质严重偏离该浓度前的线性规律，依数性-浓度曲线上呈现一个明显的拐点而密度等非依数性质则符合一般电解质溶液的规律通过对多种=脂肪酸盐的实验，他发现这是一个普遍的规律他认为在浓度大于拐点值时，脂肪酸盐在溶液中并非以单分子形式存在，而是发生了分子聚集。

他将这些聚集体成为缔合胶体5-1 根据上述事实，你认为McBain 的推论是否合理？说明理由5-2 McBain 对脂肪酸纳体系进行了量热实验，发现在拐点浓度附近，由拐点前到拐点后体系的标准焓变几乎为零，这让他百思不得其解经过长期的研究和思考，他鼓起勇气在国际学术会上宣讲了自己的研究结果，认为脂肪酸盐在拐点浓度后的缔合胶体形成是热力学稳定的当时的会议主席对此勃然大怒，没有等报告讲完就以“McBain ，胡说！” ，将 NcBain 轰下讲台假设在脂肪酸盐拐点浓度前、后体系中水的结构性之没有发生变化，结合基础热力学和熵的统计意义，简单说明会议主席认为McBain 的观点“荒谬”的原因精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页，共 12 页 - - - - - - - - -精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页，共 12 页 - - - - - - - - -5-3 然而，大量研究结果证实了McBain 的结论是正确的，原因是“在脂肪酸盐拐点浓度前、后水的结构性质没有变化” 这一假设是错误的。

如果认为 “在脂肪酸盐拐点浓度前、后对溶剂水的结构会产生不同影响”，那么请基于熵的统计意义，推测水的结构在拐点浓度前和拐点后哪个更有序，说明理由5-4 除脂肪酸盐外还有很多物质具有类似的变化规律这些物质 （表面活性剂） 的分子结构具有一个共同的特点，都具有亲水头基和疏水尾链（如下图所示）请给出表面活性剂在水中形成的“缔合胶体”的结构示意图若表面活性剂的分子长度为1.0nm，估算“缔合胶体”在刚过拐点浓度时的最大尺寸第六题（9 分）将 1mol 水在 100，101.3kPa 下全部蒸发为水蒸气，再沿着 p/V= a （常数） 的可逆过程压缩，终态压力为152.0kPa， 设水蒸气为理想气体，在此过程温度范围内，它的摩尔等压热容Cp,m=33.20J mol-1 K -1水的气化热为40.66kJmol-1（假设一定温度范围内水的气化热不。